Wie gekoppelte Strömungs- und Strukturmodelle Entwicklungsrisiken reduzieren
Posted by PM-Ersteller - 21/05/26 at 12:05:34 p.m.Warum Multiphysics-Simulation im Maschinen- und Anlagenbau zunehmend zum Schlüsselwerkzeug wird
Steigende Effizienzanforderungen, höhere Leistungsdichten und verkürzte Entwicklungszyklen erhöhen aktuell den Druck auf den Maschinen- und Anlagenbau. Gleichzeitig stoßen klassische Entwicklungs- und Testmethoden zunehmend an Grenzen. Denn viele Probleme entstehen heute nicht mehr an einzelnen Komponenten, sondern im Zusammenspiel physikalischer Effekte. Wer Strömung und Struktur noch getrennt betrachtet, entdeckt kritische Schwachstellen häufig erst im Testbetrieb – oder beim Kunden.
In vielen technischen Systemen beeinflussen sich Strömung und mechanisches Verhalten unmittelbar gegenseitig. Strömungen erzeugen Kräfte, Druckpulsationen oder Schwingungen, die Bauteile verformen oder belasten. Gleichzeitig verändern diese Verformungen wiederum das Strömungsverhalten. Besonders bei hohen Leistungsdichten, dynamischen Lastfällen und energieintensiven Anwendungen steigen die Risiken unerwarteter Wechselwirkungen deutlich. Werden diese Zusammenhänge nicht frühzeitig berücksichtigt, führen sie häufig zu Nacharbeit, erhöhtem Absicherungsaufwand oder ungeplanten Iterationen im Entwicklungsprozess.
„Viele Entwicklungsprobleme entstehen nicht im Versuch – sondern deutlich früher. Sie werden nur zu spät sichtbar“, sagt Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, geschäftsführender Gesellschafter der Merkle CAE Solutions GmbH. „Gekoppelte Simulationen helfen, diese Wechselwirkungen frühzeitig zu verstehen und Entwicklungsentscheidungen belastbarer zu machen.“
Besonders relevant ist das beispielsweise bei Pumpen, Ventilen, Wärmetauschern oder Rohrleitungssystemen. Druckschwankungen oder instationäre Strömungen können dort Resonanzen, Schwingungen oder unerwartete Lastzustände verursachen. Auch im Anlagenbau, in der Energietechnik oder bei wasserstoffbasierten Systemen steigt die Bedeutung solcher Analysen deutlich. Gerade bei transienten Betriebszuständen reichen klassische Einzelbetrachtungen oft nicht mehr aus.
Bei der Analyse eines strömungsdurchflossenen Gehäuses konnten beispielsweise mittels gekoppelter CFD– und Strukturmechanik-Simulation kritische Resonanzbereiche identifiziert werden, die im Realbetrieb zu erhöhten Schwingungen geführt hätten. Durch gezielte konstruktive Anpassungen ließ sich die Belastung bereits vor dem Bau eines Prototyps deutlich reduzieren. Entwicklungsaufwand und spätere Nacharbeit konnten dadurch deutlich minimiert werden.
Moderne Multiphysics-Ansätze ermöglichen heute die realitätsnahe Abbildung solcher Zusammenhänge – von transienten Strömungsverläufen über thermische Effekte bis hin zu dynamischen Strukturreaktionen. Für Ingenieure bedeutet das vor allem eines: bessere Entscheidungsgrundlagen in frühen Entwicklungsphasen. Kritische Lastfälle werden sichtbar, Varianten können gezielt bewertet und Systeme robuster ausgelegt werden, bevor reale Prototypen entstehen.
Die gekoppelte Betrachtung von Strömung und Struktur entwickelt sich damit vom Spezialthema zum integralen Bestandteil moderner Produktentwicklung. Unternehmen, die diese Wechselwirkungen früh digital absichern, reduzieren Risiken, verbessern die Systemperformance und schaffen die Grundlage für effizientere Entwicklungsprozesse im Maschinen- und Anlagenbau.
Verantwortlicher für diese Pressemitteilung:
Merkle CAE Solutions GmbH
Herr Stefan Merkle
Friedrichstraße 1
89518 Heidenheim
Deutschland
fon ..: 07321 9343-0
web ..: https://www.merkle-cae.de
email : kontakt@merkle-partner.de
Das Unternehmen Merkle CAE Solutions GmbH in Heidenheim wurde 1989 als Merkle & Partner GbR von Luft- und Raumfahrtingenieur Stefan Merkle gegründet. Merkle CAE Solutions GmbH zählt zu den ersten und führenden Dienstleistern für ingenieurwissenschaftliche Berechnungen und Simulationen in Deutschland. Am Hauptsitz Heidenheim und den Niederlassungen Homburg/Saar und Erfurt bearbeiten die ca. 50 Mitarbeiter jedes Jahr rund 500 Kundenprojekte aus den Kerngebieten Strukturanalyse, Strömungssimulation und virtuelle Produktentwicklung. Zum Kundenkreis zählen namhafte Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, der Konsumgüterindustrie und dem Schiffbau.
Pressekontakt:
KOKON – Marketing
Frau Marion Gräber
Kirchplatz 5
86697 Oberhausen
fon ..: 0 84 35 / 485 99 94
email : info@kokon-marketing.de
Multiphysics-Simulation im Orbit: Thermo-strukturelle Effekte gezielt beherrschen
Posted by PM-Ersteller - 28/04/26 at 09:04:15 a.m.Wie Ingenieure kritische Temperaturspannungen früh erkennen und Entwicklungsrisiken reduzieren
Der Wettbewerb im All verschärft sich und mit ihm die Anforderungen an Raumfahrtsysteme. Wer nachhaltig im Rennen bleiben will, muss detailverliebt sein; denn im Orbit entscheiden oft wenige Mikrometer über Erfolg oder Ausfall. Thermisch bedingte Verformungen und Spannungen gehören zu den häufig unterschätzten Einflussgrößen. Wer aber Temperaturverteilungen nicht frühzeitig versteht, riskiert Funktionsverluste und teure Nacharbeit. Multiphysics-Simulation schafft hier einen entscheidenden Vorteil, indem sie thermo-strukturelle Effekte bereits in der Entwicklung sichtbar und beherrschbar macht.
Im Weltraum wirken extreme Randbedingungen. Bauteile sind zyklischen Temperaturwechseln von teils mehreren hundert Grad ausgesetzt, während gleichzeitig konvektive Kühlung fehlt. Die Folge sind inhomogene Temperaturfelder und daraus resultierende Spannungen und Verformungen. Besonders kritisch wird dies bei präzisionsabhängigen Anwendungen wie optischen Systemen, Antennen oder feinmechanischen Baugruppen.
Bei der Auslegung von Satellitenstrukturen können beispielsweise bereits geringe Temperaturgradienten zu Verzügen führen, welche die Ausrichtung optischer Komponenten beeinflussen. Durch gekoppelte thermo-strukturelle Simulation lassen sich diese Effekte sichtbar machen – inklusive der Wechselwirkungen zwischen Material, Geometrie und thermischer Last. Entwickler können so gezielt Designanpassungen vornehmen, etwa bei der Materialauswahl, der Lagerung oder der thermischen Entkopplung einzelner Komponenten.
„Viele Probleme entstehen nicht durch extreme Lasten, sondern durch das Zusammenspiel physikalischer Effekte“, so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführender Gesellschafter der Merkle CAE Solutions GmbH. „Simulation hilft, genau diese Wechselwirkungen zu verstehen, bevor sie im Betrieb zum Risiko werden.“
So konnte Merkle CAE zum Beispiel bei der Analyse einer Satellitenstruktur mit integrierter Elektronik mittels gekoppelt thermo-struktureller Simulation lokale Temperaturgradienten und daraus resultierende Verformungen untersuchen. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass bereits geringe thermische Inhomogenitäten zu kritischen Lageabweichungen sensibler Komponenten führen können. Durch gezielte Anpassungen in der Materialauswahl und der thermischen Anbindung ließ sich das Systemverhalten signifikant stabilisieren – noch vor dem Bau eines Prototyps.
Moderne Multiphysics-Simulationen koppeln thermische und strukturelle Modelle und ermöglichen die Analyse realer Betriebszustände – von transienten Temperaturverläufen im Orbit bis hin zu kombinierten Lastfällen aus Start und Betrieb. Gerade diese ganzheitliche Betrachtung ist entscheidend, da sich thermische Effekte und mechanische Eigenschaften gegenseitig beeinflussen.
Auch für Zulieferer eröffnet sich ein klarer Mehrwert: Komponenten lassen sich nicht mehr isoliert betrachten, sondern müssen im Systemkontext bewertet werden. Simulation schafft Transparenz an Schnittstellen und ermöglicht es, Bauteile bereits vor der Integration auf ihr Verhalten im Gesamtsystem abzustimmen. Vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an Präzision, Miniaturisierung und Zuverlässigkeit wird dieser Ansatz zunehmend zum Standard. Und das bei gleichzeitig kürzeren Entwicklungszyklen und wachsender Komplexität.
Wer thermo-strukturelle Effekte früh digital absichert, reduziert Entwicklungsrisiken, verbessert die Systemperformance und schafft eine belastbare Grundlage für den Einsatz im Orbit. Multiphysics-Simulation wird damit zum entscheidenden Werkzeug für die nächste Generation von Raumfahrtsystemen.
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Das Unternehmen Merkle CAE Solutions GmbH in Heidenheim wurde 1989 als Merkle & Partner GbR von Luft- und Raumfahrtingenieur Stefan Merkle gegründet. Merkle CAE Solutions GmbH zählt zu den ersten und führenden Dienstleistern für ingenieurwissenschaftliche Berechnungen und Simulationen in Deutschland. Am Hauptsitz Heidenheim und den Niederlassungen Homburg/Saar und Erfurt bearbeiten die ca. 50 Mitarbeiter jedes Jahr rund 500 Kundenprojekte aus den Kerngebieten Strukturanalyse, Strömungssimulation und virtuelle Produktentwicklung. Zum Kundenkreis zählen namhafte Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, der Konsumgüterindustrie und dem Schiffbau.
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Grenzen klassischer Teststrategien
Posted by PM-Ersteller - 10/03/26 at 11:03:28 a.m.Warum virtuelle Modelle in der Produktentwicklung immer wichtiger sind
Physische Tests gelten seit Jahrzehnten als zentraler Baustein der technischen Entwicklung. Doch steigende Systemkomplexität, kürzere Entwicklungszyklen und hohe Kosten für Prototypen stoßen klassische Teststrategien zunehmend an ihre Grenzen. Die ideale Kombination: Virtuelle Modelle und Simulationstechnologien erweitern reale Tests und ermöglichen ein digitales Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse.
Ein grundlegendes Problem klassischer Teststrategien besteht darin, dass physische Versuche häufig erst spät im Entwicklungsprozess stattfinden. Zu diesem Zeitpunkt sind zentrale Designentscheidungen bereits getroffen. Werden Schwachstellen entdeckt, sind Änderungen meist teuer oder nur mit erheblichem Aufwand möglich. Simulationen schließen diese Lücke, indem sie physikalische Zusammenhänge bereits in der Konzept- und Auslegungsphase sichtbar machen.
Moderne Multiphysics-Simulationen koppeln unterschiedliche physikalische Effekte wie Strömungsmechanik, Strukturmechanik, Thermodynamik oder Elektromagnetismus in einem konsistenten Modell. Dadurch lassen sich Wechselwirkungen analysieren, die in isolierten Einzeltests oft nur schwer erfassbar sind.
Ein Beispiel aus der Energietechnik zeigt den praktischen Nutzen solcher virtuellen Modelle: Beim thermischen Management von Energiespeichern kann eine Systemsimulation das gesamte Kühlsystem – vom Chiller über den Kühlkreislauf bis zur Zelle – digital abbilden. Entwickler erkennen frühzeitig kritische Temperaturspitzen und können konstruktive Maßnahmen bereits vor dem Bau physischer Prototypen bewerten.
Auch bei großtechnischen Anlagen wie Reinräumen liefern CFD-Simulationen wichtige Erkenntnisse. Luftströmungen, Temperaturfelder und Partikelbewegungen lassen sich detailliert analysieren und optimieren. Obwohl der Simulationsaufwand meist nur einen kleinen Teil der Gesamtinvestition ausmacht, können potenzielle Fehlplanungen frühzeitig erkannt und spätere Qualitätsprobleme vermieden werden.
„Simulation ersetzt den realen Test nicht – sie macht ihn zielgerichteter“, so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführender Gesellschafter der Merkle CAE Solutions GmbH. „Wenn physikalische Zusammenhänge bereits in frühen Entwicklungsphasen verstanden werden, lassen sich Versuche deutlich effizienter planen und Entwicklungsrisiken erheblich reduzieren.“
Virtuelle Modelle entfalten ihren größten Nutzen daher im Zusammenspiel mit experimentellen Methoden. Simulationen helfen, kritische Szenarien zu identifizieren und Parameter systematisch zu variieren, während physische Tests die notwendigen Daten zur Validierung der Modelle liefern.
Für Entwicklungsabteilungen bedeutet das: Klassische Teststrategien werden zunehmend durch digitale Methoden ergänzt. Unternehmen, die Simulation frühzeitig in ihre Entwicklungsprozesse integrieren, können Entwicklungszeiten verkürzen, Risiken reduzieren und fundiertere Entscheidungen treffen, lange bevor der erste Prototyp gebaut wird.
Verantwortlicher für diese Pressemitteilung:
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Das Unternehmen Merkle CAE Solutions GmbH in Heidenheim wurde 1989 als Merkle & Partner GbR von Luft- und Raumfahrtingenieur Stefan Merkle gegründet. Merkle CAE Solutions GmbH zählt zu den ersten und führenden Dienstleistern für ingenieurwissenschaftliche Berechnungen und Simulationen in Deutschland. Am Hauptsitz Heidenheim und den Niederlassungen Homburg/Saar und Erfurt bearbeiten die ca. 50 Mitarbeiter jedes Jahr rund 500 Kundenprojekte aus den Kerngebieten Strukturanalyse, Strömungssimulation und virtuelle Produktentwicklung. Zum Kundenkreis zählen namhafte Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, der Konsumgüterindustrie und dem Schiffbau.
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